基于Hamilton能量理论的发电机汽门与励磁非线性稳定控制器的设计

基于Hamilton能量理论,该文提出了一种新的非线性稳定控制器的设计方法。文中详细阐述了该方法的理论依据并给出了控制器的具体设计步骤。应用此方法设计了发电机汽门与励磁稳定控制器,仿真结果验证了理论分析的正确性与控制律的有效性。由于在控制器设计中未用到任何线性化方法,因而所得控制器充分利用了系统的非线性特性;考虑到Hamilton能量函数实际上是动态系统的Lyapunov函数,因此,该文也给出了一种从能量角度设计电力系统非线性稳定控制器的新方法。

非线性励磁控制中输出函数对系统性能的影响

发现在进行非线性系统的非线性控制设计时 ,状态方程中输出函数的选取对线性化以后系统状态方程的形式有很大的影响 ,进而影响到所设计的控制器性能。在此研究结果的基础上 ,改进了电力系统非线性控制器的设计方法 ,可以在统一的非线性控制设计框架下同时对多个状态量的性能指标提出要求 ,兼顾受控系统多个状态量的响应特性 ,使系统的动态性能和静态性能能够很好地协调 ,实现高性能的非线性控制。将改进的设计方法应用于发电机组的励磁控制 ,采用逆系统非线性控制原理设计了一种具有综合性能指标的非线性励磁控制规律。将所设计的多指标非线性励磁控制律用于单机无穷大电力系统的同步发电机组中进行仿真实验 ,其结果表明所提出的控制器不仅能明显地提高发电机的动态稳定性 ,而且能准确地将发电机的端电压控制在其给定值上运行 ,不会因受扰而发生偏移。

U型非线性抗扰励磁控制律设计

提出了一种以发电机端电压偏差（ Δ Ｕｆ） 为控制目标的非线性励磁调节器设计方案。所设计的非线性励磁控制律的动、静态两方面的性能均优秀，能有效地抑制机械功率对发电机端电压的扰动，且调压措施明确，是一种较适用于工业实用的非线性励磁控制律。

基于目标状态方程的非线性预测励磁控制器的设计

提出了一种新的非线性系统控制设计方法:定义系统的状态变量与其参考轨迹之间的偏差为目标状态方程,并以此状态方程为基础,运用预测控制理论,针对单机无穷大系统进行非线性预测控制设计,得到了一种以机端电压、有功功率和角速度为反馈变量的非线性预测励磁控制规律。该控制规律包含了跟踪误差的未来信息,以便提高跟踪速度和改善控制效果。仿真结果表明:该方法不仅能有效地解决发电机机端电压静态偏移问题,而且能很好地镇定发电机的机械振荡,比以功角偏差为输出函数和以机端电压偏差为输出函数的非线性微分几何控制法更有效、更易于实现。

一种高性能的非线性励磁控制

考虑到在基于微分几何的非线性控制中,输出函数的选取会直接影响到变换后的线性空间的构成,从而影响到控制器的最终控制效果这一事实,该文提出了通过将输出函数选取为多状态变量组合形式的简便方法来解决非线性控制系统的动、静态性能的综合协调问题,从而有效地提高控制系统的整体综合性能;将此方法用于发电机的非线性励磁控制系统中,成功地找到了一种具有较高控制性能的非线性励磁控制律。仿真结果显示,该控制律既能很好地提高发电机端电压控制精度,又能有效地提高发电机组的运行稳定性,并表明所提出的控制器能有效地协调系统中各状态量的动、静态性能,具有较好的工业运用价值。

发电机励磁的非线性解析模糊控制

该文引入非线性函数建立了一种新的解析模糊控制器用于发电机的电压控制,并引入变结构控制的思想来进行附加励磁控制,建立了一种发电机模糊励磁控制器结构,并兼顾电压调节精度和增强阻尼要求进行电压控制与稳定控制的协调。对所论非线性解析模糊控制器的动态特性分析表明所论控制器为一本质非线性PID控制器。在控制过程中,所论模糊控制器的规则基于误差和误差变化率的大小在线调整,因而具有规则自适应的特性。实际使用时,无需进行控制规则的设计,只需根据工程控制经验对控制参数进行初选,简化了控制设计。仿真研究表明:所论模糊励磁控制器可以提高发电机的电压控制精度和电力系统的稳定性。

带电压调节的非线性鲁棒励磁控制策略研究

针对电力系统的非线性特性和内外扰动的影响,结合微分几何精确反馈线性化和非线性鲁棒H∞控制理论,提出了一种新的励磁控制器设计方法,在励磁控制规律引入了机端电压反馈,使得所设计的控制器不仅提高了电力系统暂态稳定性,而且在机械功率由于负荷或调速而变化时机端电压仍能回复到给定点上运行。将该控制方法运用到单机无穷大电力系统设计中,用Matlab/Simulink进行三相短路实验和机械功率扰动实验,结果表明:与非线性励磁控制器及传统的PID控制器相比,所设计的带电压调节功能的非线性鲁棒H∞控制器在提高电力系统的稳定性及稳定机端电压方面有很好的控制效果。

同步发电机励磁非线性预测控制

介绍了一种新的非线性控制器设计方法 :使用预测控制理论对非线性系统进行控制 ,并将这种方法应用于单机 无穷大系统励磁控制。得到了一种以有功功率、角速度和机端电压作为变量的非线性系统的控制规律。仿真结果表明 :该方法既能改善功角稳定性 ,又能改善发电机端电压的动态特性 ,比目前认为较好的微分几何等方法更有效、更实用。

基于Lyapunov稳定性理论的发电机非线性励磁控制研究

将Ｌｙａｐｕｎｏｖ稳定性理论用于电力系统的非线性励磁控制，推导了实用的发电机非线性最优励磁控制规律。通过理论分析、计算机仿真和动模实验，证实了该控制方式具有较强的鲁棒性，在系统参数或运行状态变化时都具有良好的控制效果。而且，励磁控制规律的获得不必经过繁杂的数学推导，易为工程技术人员所掌握，具有明显的实用价值。为电力系统的励磁控制研究开辟了一条新的途径。

基于反馈线性化方法的励磁系统非线性H_∞控制研究

本文提出了一种基于微分几何反馈线性化理论的非线性Ｈ∞控制设计方法，并对这种方法的干扰抑制性能给予了讨论。同时，依据这种方法设计了励磁系统的非线性Ｈ∞控制器。

改进非线性励磁控制系统的电压调节精度

将PID调节输出和NEC非线性控制输出进行综合,提出一种新型同步发电机励磁控制器——PID+NEC非线性励磁控制器。仿真结果表明,该励磁控制系统同时具有较高系统稳定性和电压调节精度,并且动态过程响应快,能更好地适应生产实际的需要。

一种非线性自适应最优励磁控制器的设计

提出了一种非线性自适应最优励磁控制器。新的控制设计方法基于同步发电机的三阶双轴数学模型 ,其仅由代数运算实现的分散非线性反馈补偿律保证了系统在各种运行方式下具有足够的稳态调节精度。控制算法内置一个简单的在线自适应变增益策略以达到在各种工况下动态最优化控制的目的 ,通过求解闭环特征值优化问题来选取权矩阵的方法改善了系统受扰后的暂态响应性能。仿真计算结果表明 ,与传统的线性最优控制器相比 ,新的励磁控制器具有多方面优点。

采用协同控制理论的同步发电机非线性励磁控制

提出了一种基于协同控制理论的非线性励磁控制器。首先依据同步发电机励磁控制的基本要求和特点,选择机端电压、有功功率和转子角速度三个变量的偏差的线性组合构成流形,以保证有效控制机端电压和抑制系统功率振荡。然后以同步发电机非线性模型为对象,推导出了非线性协同励磁控制器(Synergetic excitation controller,SEC)的控制律,并根据电力系统的运行特性,探讨了控制器参数的选取原则。最后,单机无穷大系统仿真结果表明,无论在大扰动还是在小扰动下,所提非线性协同励磁控制器比常规的AVR+PSS方式下的励磁控制器都能更快更精确地调节机端电压,还能够有效地抑制系统的功率振荡。

一种简单实用的分散非线性励磁控制方法

基于广域测量系统(WAMS)提供的电力系统惯量中心(COI)数据,建立了COI参考坐标系下完全解耦的发电机模型,并根据Lyapunov理论和反步法思想,提出了一种简单实用的分散非线性励磁控制设计方法。该方法原理简单,仅有的3个控制器参数设置非常容易;此外,需要WAMS传送至发电机的控制信号只有3个,降低了信道拥堵的可能性。新英格兰测试电力系统(NETPS)中的仿真结果表明,这种非线性励磁控制器不仅对发电机参数、运行状态和负荷类型具有良好的鲁棒性,而且允许COI信号存在时滞,允许时滞的类型和范围基本能覆盖正常情况下的WAMS数据延时。

水轮机水门、励磁与电气制动系统非线性综合控制

针对混流式水轮机水门、励磁及电阻制动控制系统非线性时变、非最小相位的特性,建立了动态扩展的综合控制系统微分代数模型,采用微分代数多指标非线性控制方法求取反馈解耦控制律。通过哈特曼-格鲁勃曼定理,适当选择输出函数参数矩阵配置闭环控制系统特征根来使非线性系统渐近稳定,将扰动解耦,从而使系统得到优良控制性能。仿真结果表明该控制模型能很好地协调水轮机系统的动、静态性能,增强其抗强干扰的能力,有效地提高水电站输电系统的静态和暂态稳定性。

基于自适应逆推变结构方法的非线性励磁控制

将自适应逆推方法与变结构方法相结合逐步构造Lyapunov函数,这样不仅可以提高动态系统的暂态响应和控制器增益综合性能指标,而且对不满足匹配条件或参数不确定性的非线性系统具有鲁棒镇定性。针对上述理论设计了一种非线性励磁控制器,该控制器能够保证闭环系统对不确定参数的自适应性。基于该方法设计的非线性励磁控制器在两区域四机系统上进行仿真计算,结果表明,该励磁控制器能够有效地抑制电力系统的干扰,提高互联电网的稳定性。

SVC与发电机励磁的非线性变结构协调控制

针对电力系统的强非线性和不确定性特点及精确反馈线性化的不足,引入自抗扰控制技术设计了能同时改善电力系统功角稳定和电压动态特性的静止无功补偿(SVC)与发电机励磁的变结构协调控制器。扩张状态观测器的动态补偿作用不仅使励磁控制与SVC控制实现解耦,而且使二者均能实现当地信号控制。仿真结果表明提出的非线性鲁棒变结构协调控制器能有效地改善系统的动态稳定性。所设计的控制器对系统运行点和网络结构的变化具有良好的适应性和鲁棒性。

双轴励磁同步发电机的微分反馈非线性最优励磁控制

本文在微分几何理论的基础上，提出了更简明、更适合工程用的面向多输入系统的微分反馈补偿物理精确线性化方法，解决了电力系统控制设计中的强非线性问题及鲁棒性问题，并据此推导了双轴励磁同步发电机的微分反馈非线性最优励磁控制规律。仿真结果表明，所设计的控制方式能较大幅度地提高系统的动态稳定性和暂态稳定性。

发电机励磁与TCSC的非线性协调控制

针对电力系统的稳定性问题,设计了发电机励磁系统与可控串联补偿TCSC(thysistor controlled series compensation)装置的协调控制器。该方法从发电机励磁系统与TCSC模型出发,建立了含TCSC的单机无穷大系统的四阶非线性状态空间模型,利用非线性系统的微分几何理论,将其非线性模型精确线性化。在线性化模型的基础上,考虑电力系统运行参数的不确定性,采用滑模控制理论对发电机励磁系统与TCSC进行协调控制,通过指数趋近律和准滑动模态方法,最终获得了整个系统的滑模协调控制规律。单机无穷大电力系统仿真结果表明,所设计的协调控制方法对电力系统的扰动具有良好的适应性和鲁棒性,提高了电力系统的稳定性。

基于输入对状态反馈线性化的非线性励磁控制

将输入对状态反馈线性化的思想应用于发电机励磁控制系统,得出了一套实用的发电机非线性励磁控制规律,应用此方法和采用状态反馈精确线性化的方法推导出的非线性控制规律具有一致性,且比基于微分几何理论的状态反馈精确线性化方法更加简单实用。仿真证明该文提出的非线性励磁控制器在系统发生大扰动时比常规的AVR+PSS更能抑制系统的振荡,对增强系统稳定性具有一定作用。